„Der Mensch hat die einzigartige Fähigkeit, abstrakte Konzepte zu konstruieren, die keine Verankerung in der physischen Welt haben, aber wir halten diese Fähigkeit oft für selbstverständlich“, sagte Marcel Just, der D.O. Hebb Universitätsprofessor für Psychologie am Dietrich College of Humanities and Social Sciences der CMU und Hauptautor der Studie. „In dieser Studie haben wir gezeigt, dass neu identifizierte Bedeutungskomponenten, die vom menschlichen Gehirn verwendet werden, wie ein Indexierungssystem funktionieren, ähnlich dem Zettelkatalog einer Bibliothek, um die Bedeutung abstrakter Konzepte zusammenzustellen.“
Die Fähigkeit des Menschen, abstrakt zu denken, spielt eine zentrale Rolle für den wissenschaftlichen und intellektuellen Fortschritt. Im Gegensatz zu konkreten Konzepten wie Hammer haben abstrakte Konzepte wie Ethik keine offensichtliche Heimat in den Teilen des Gehirns, die sich mit der Wahrnehmung oder der Kontrolle unseres Körpers befassen.
„Der größte Teil unseres Verständnisses davon, wie das Gehirn Objekte und Konzepte verarbeitet, basiert darauf, wie unsere fünf Sinne Informationen aufnehmen“, sagte Robert Vargas, ein CMU-Diplomstudent in Justs Labor und Erstautor der Studie. „Es wird schwierig, die neuronale Umgebung abstrakter Gedanken zu beschreiben, weil viele der mentalen Werkzeuge des Gehirns, um sie zu verarbeiten, selbst abstrakt sind.“
In dieser Studie scannten Just und sein Team die Gehirne von neun Teilnehmern mit einem funktionellen MRT. Das Team sichtete die Daten mithilfe von Werkzeugen des maschinellen Lernens, um Muster für jedes der 28 abstrakten Konzepte zu erkennen. Sie wendeten den Algorithmus für maschinelles Lernen an, um jedes Konzept korrekt zu identifizieren (mit einer mittleren Ranggenauigkeit von 0,82, wobei der Zufallswert 0,50 beträgt).
Just sagte, dass diese abstrakten Konzepte durch drei Bedeutungsdimensionen im Gehirn konstruiert werden. Die erste Dimension entspricht den Regionen, die mit Sprache assoziiert sind. Zum Beispiel kann das Konzept der Ethik mit anderen Wörtern wie Regeln und Moral verbunden sein. Eine Person muss zunächst die Wörter verstehen, um die zusätzliche Bedeutung von Ethik zu konstruieren. Die zweite Dimension definiert abstrakte Konzepte in Form von Bezügen zu sich selbst oder zu einer externen Quelle. Zum Beispiel bezieht sich Spiritualität auf das Selbst, während Kausalität außerhalb des Selbst liegt. Die letzte Dimension ist in sozialen Konstruktionen verwurzelt. Die Konzepte Stolz und Klatsch haben eine inhärente soziale Komponente.
„Für mich ist das aufregendste Ergebnis dieser Studie, dass wir in der Lage waren, die neuronalen Aktivierungsmuster für einzelne abstrakte Konzepte bei verschiedenen Personen vorherzusagen“, so Vargas. „Es ist verrückt zu denken, dass mein Konzept von Wahrscheinlichkeit und Spiritualität dem einer anderen Person neural ähnlich ist, auch wenn ihre Erfahrung mit Spiritualität anders ist.“
Während des Scans wurde jedes Konzept visuell präsentiert und die Teilnehmer durften drei Sekunden lang über diese Idee nachdenken. Die Teilnehmer sahen den Satz von Wörtern sechsmal.
Die 28 in der Studie erfassten Begriffe umfassen sieben Kategorien: Mathematik (Subtraktion, Gleichheit, Wahrscheinlichkeit und Multiplikation); Wissenschaft (Schwerkraft, Kraft, Wärme und Beschleunigung); Soziales (Klatsch, Einschüchterung, Vergebung und Komplimente); Emotionen (Glück, Traurigkeit, Wut und Stolz); Recht (Vertrag, Ethik, Verbrechen und Entlastung); Metaphysik (Kausalität, Bewusstsein, Wahrheit und Notwendigkeit) und Religiosität (Gottheit, Spiritualität, Sakrileg und Glaube).
Die Arbeit basiert auf neun Gehirnscans von Erwachsenen aus einer kulturell homogenen Gemeinschaft auf dem CMU-Campus.
„Es ist schrill, diese Arbeit Gedankenlesen zu nennen“, sagte Just. „Für mich ist es ein Beweis dafür, dass wir einige der Elemente des Indexierungssystems des Gehirns identifiziert haben – verbale Repräsentation, Externalität/Internalität und die soziale Dimension -, die unser Gehirn verwendet, um Konzepte zu kodieren, die keine physische Manifestation in der Welt haben.